CN112945566B - 分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法，通过对燃烧室的燃烧特点分析，测试平台针对性的将燃烧室的进气定义为五路，并以此设计出燃烧室模型，通过改变总气量和油量确定一个新的余气系数，再改变五路气流流量，模拟出被设计的燃烧室进气气路，可快速的获得实验结果，并在结果不符合目标需求时，快速的进行调整，以降低试验成本和研发周期。本发明不仅对微小型燃烧室、小型喷气发动机的研究提供支持，同时，随着大型航空发动机燃烧系统越来越趋于小型化(如PW1100G)，本发明的成果同样可以应用于至大型航空发动机燃烧系统的小型化研究。

Description

分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体而言涉及分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法，尤其是微型航空发动机的分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法。

背景技术

微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中的关键环节，也是最重要的部分，其中，燃烧稳定性和燃烧效率等发动机性能，是根据不同需求而去追求的。根据燃烧效率特性定义，“燃烧效率特性一般是指燃烧效率与燃烧室总余气系数之间的关系，即随余气系数不同，燃烧效率变化的规律”，“燃烧室的燃烧效率特性一般是指燃烧效率与燃烧室余气系数的变化关系”，定义明确提出的是余气系数对燃烧效率的影响。

发明人发现，对于微小型发动机燃烧室，由于结构限制，和大型发动机不同，不能采用旋流器结构，而主要采用蒸发管和射流孔形成合理的气流流场进行火焰稳定与燃烧，因此流量分配对燃烧室的燃烧效率影响巨大。

因此，设计人员会根据目标需求针对进气孔进行改动，然后在模拟试验中测试燃效效率的可行性，但是目前的测试平台都是针对燃烧室本身进行测试，若改动不能达到目标需求，则需要重新设计和制造新的燃烧室再进行试验，试验成本较高，且测试周期长。

现有技术文献：

专利文献1：CN111520754A一种新型微型航空发动机燃烧室

专利文献2：CN111426483A一种航空发动机燃烧室试验台测控系统

发明内容

本发明目的在于提供分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法，针对性的将燃烧室的进气定义为五路，并以此设计出燃烧室模型，通过改变总气量和油量确定一个新的余气系数，再改变五路气流流量，模拟出被设计的燃烧室进气气路，可快速的获得实验结果，并在结果不符合目标需求时，快速的进行调整，以降低试验成本和研发周期。

为了实现上述目的，本发明提供一种分气式环形燃烧室的模拟结构，包括：

火焰筒模拟盒，内部形成燃烧空间，所述火焰筒模拟盒设有延伸至燃烧空间内的蒸发管和点火结构，所述火焰筒模拟盒还设有与燃烧空间连通的排气口以及与蒸发管连通的供气接口；

分别被设置在火焰筒模拟盒相对两侧的第一分气板和第二分气板，所述第一分气板设通过隔板分隔出的第一分气室和第三分气室，第二分气板设通过隔板分隔出的第二分气室和第四分气室，所述蒸发管内形成第五分气室，所述第一分气室、第二分气室与燃烧空间连通用于在燃烧空间内形成燃烧区，所述第三分气室、第四分气室与燃烧空间连通用于在燃烧空间内形成掺混区；

五个供气管道，用于对火焰筒模拟盒内的燃烧空间供气；

其中，第一供气管道连接到第一分气板的第一分气室；第二供气管道连接到第二分气板的第二分气室，第三供气管道连接到第一分气板的第三分气室，第四供气管道连接到第二分气板的第四分气室，第五供气管道连接到所述供气接口，所述燃烧空间与供气管道密封连接。

优选的，还包括第一供气板和第二供气板，第一和第三供气管道固定到所述第一供气板上，所述第一供气板被相贴合的设置在所述第一分气板端面上；第二、第四和第五供气管道被固定到第二供气板上，所述第二供气板被相贴合的设置在所述第二分气板端面上。

优选的，所述火焰筒模拟盒的侧壁开设有用于安装耐高温玻璃的观察窗口。

优选的，所述第一供气板、第一分气板、火焰筒模拟盒、第二分气板和第二供气板两两叠合形成堆叠结构，还包括用于将所述堆叠结构压合的固定结构，所述固定结构上设有压合部件，使火焰筒模拟盒、分气板和供气板两两贴合紧密。

优选的，所述固定结构被设置成截面为“[”型的固定板，分布于堆叠结构的两侧，包括两个带有螺栓孔的限位部以及连接两限位部的连接部，螺栓能穿过所述螺栓孔在堆叠结构堆叠方向对供气板加压。

一种分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，包括：

上述方案中的分气式环形燃烧室的模拟结构，所述排气口处设有用于检测排气温度的温度探头；

油路系统，包括油泵以及连接到蒸发管的输油管道，用于向所述蒸发管内供油；

点火系统，包括气体燃料供给装置以及点火器；

气路系统，包括气源以及六路可调流量气路；

自动控制及采集系统，用于采集气路的流量信号、油路的流量信号、燃烧室出口的温度信号，并响应于所采集信号控制气路、油路的流量大小、气体燃料供给装置以及点火器开关；

其中，所述气路系统中的五路可调流量气路分别连接到五个供气管道，第六可调流量气路排到大气。

优选的，所述可调流量气路包括输气管道以及安装在管道上的可调节流阀、流量测量元件，所述可调节流阀用于调节输气管道内流量大小，所述流量测量元件用于获得输气管道内流量参数。

优选的，所述可调节流阀包括位于输气管道内的节流孔和堵锥，所述堵锥被设置成由线性驱动部件所驱动，能沿输气管道轴线方向与节流孔之间产生位移，以控制流量大小。

优选的，所述线性驱动部件包括步进电机和丝杠结构，所述丝杠上的滑块与所述堵锥固定连接，所述步进电机的输出端连接在所述丝杠的转轴上，以使所述滑块被可控的驱动。

优选的，所述流量测量元件包括测量管道以及流量探头，所述测量管道包括沿流体流动方向依次分布的稳压段和测量段，所述稳压段的直径大于所述测量段的直径，所述流量探头被设置在测量段。

优选的，所述输油管道上设有油量测量装置，所述油量测量装置包括安装于油路中的节流阀，以及与所述节流阀并联的压差传感器。

本发明提供另一种技术方案，一种分气式环形燃烧室的测试方法，使用上述方案中的分气式环形燃烧室的测试平台，包括以下步骤：

步骤S1、将各路气路流量调节到打火状态的流量;

步骤S2、使用点火器加热到点火温度，通入气体燃料使其被点燃预热燃烧室;

步骤S3、向燃烧室内喷入燃油，燃油被点燃后，关闭点火器，停止供给气体燃料；

步骤S4、使燃油流量固定为某一定值，改变空气流量进行测试；

步骤S5、采集并记录各路气路流量、总供气量、供油量、入口平均温度、出口平均温度、余气系数和燃烧效率，并观察燃烧室中燃烧火焰状况；

步骤S6、测试结束后，停止供油，持续供气使气流冷却燃烧室，待燃烧室温度降低后，关闭气源以及所有电源，实验结束。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明所测试的分气式环形燃烧室的结构示意图；

图2是本发明所测试的分气式环形燃烧室的结构简化示意图；

图3是本发明所测试的分气式环形燃烧室包含一个蒸发管的扇形结构示意图；

图4是本发明所测试的分气式环形燃烧室五路进气的结构简化示意图；

图5是本发明分气式环形燃烧室的模拟结构的示意图；

图6是本发明分气式环形燃烧室的模拟结构的另一种结构示意图；

图7是本发明分气式环形燃烧室的模拟结构的装配示意图；

图8是本发明分气式环形燃烧室的测试系统框图；

图9是本发明分气式环形燃烧室的测试系统结构示意图；

图10是本发明分气式环形燃烧室的测试系统中供气系统的结构示意图；

图11是本发明供气系统中可调节流阀的结构示意图；

图12是本发明供气系统中流量测量元件的结构示意图；

图13是本发明油路系统的结构示意图；

图14是本发明油路流量测量装置的结构示意图；

图15是本发明计算机控制与数据采集系统结构示意图的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意分气式环形燃烧室的模拟结构、测试平台和测试方法来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

对于微小型发动机燃烧室，进气孔流量分配对燃烧室的燃烧效率影响巨大，因此，设计人员会根据目标需求针对进气孔进行改动，然后在模拟试验中测试燃效效率的可行性，但是目前的测试平台都是针对燃烧室本身进行测试，若改动不能达到目标需求，则需要重新设计和制造新的燃烧室再进行试验，试验成本较高，且测试周期长本发明旨在实现，针对性的将燃烧室的进气定义为五路，并以此设计出燃烧室模型，通过改变总气量和油量确定一个新的余气系数，再改变五路气流流量，模拟出被设计的燃烧室进气气路，可快速的获得实验结果，并在结果不符合目标需求时，快速的进行调整，以降低试验成本和研发周期。

[分气式环形燃烧室的模拟结构]

结合图1和图2所示，本发明中所测试的分气式环形燃烧室，主要包括燃烧室外机匣11、燃烧室外机匣12和火焰筒13。燃烧室内机匣12被设置于燃烧室外机匣11的内侧，并与燃烧室外机匣12之间形成进气口101。

带有点火结构（图中未示出）以及排气口107的火焰筒13，火焰筒13被设置在燃烧室外机匣11和燃烧室内机匣12之间，在火焰筒13和燃烧室外机匣11之间形成与进气口101连通的第一环形进气通道，在火焰筒13和燃烧室内机匣12之间形成第二环形进气通道，带有燃料供给管15的蒸发管14，被设置在火焰筒13内，用于向火焰筒13内喷出燃料。

如此，空气从前端进气口101进入燃烧室，进入燃烧室后分成两路，一路进入第一环形进气通道，然后从火焰筒13外环壁面上的各个射流孔进入火焰筒13内部。另一路空气进入第二环形进气通道，然后从火焰筒13内环壁面上的各个射流孔进入火焰筒13内部，最后有一部分气流通过蒸发管进入火焰筒内部。

进一步的，燃烧过程为，燃油进入蒸发管14，和空气混合后进入火焰筒13内部，火焰筒13内的燃油和空气形成恰当的油气混合物，通过火焰筒13内的点火嘴点燃混合物，首先在火焰筒13前部燃烧，如图2中所示的燃烧区131部分，燃烧后的燃烧产物，也包括未完全燃烧尽的燃料随气流到达火焰筒13后部，图2中所示的掺混区132部分，在掺混区132内又有新鲜的空气进入，因此在掺混区132内可以继续进行燃烧，并且大量的空气气流可以冷却燃烧产物，使燃气出口的温度达到一个合理的数值。

进一步的，结合图1和图4所示，火焰筒13上布置有四组进气孔组；第一组和第二组进气孔组分布在火焰筒13侧壁上并靠近进气口101，分别与第一环形进气通道和第二环形进气通道连通，定义为第一路进气通道102和第二路进气通道103，用于在火焰筒内形成燃烧区；第三组和第四组进气孔组分布在火焰筒13侧壁上并靠近排气口107，分别与第一环形进气通道和第二环形进气通道连通，定义为第三路进气通道104和第四路进气通道105，用于在火焰筒内形成掺混区，另外，在第二环形进气通道连通向蒸发管14供气定义为第五路进气通道106。

结合图4所示，燃烧区131外环进气（第一路进气通道102）、燃烧区131内环进气（第二路进气通道103）、掺混区132外环进气（第三路进气通道104）、掺混区132内环进气（第四路进气通道105）以及蒸发管14进气（第五路进气通道106）形成五路进气，五路进气将空气引入火焰筒13内。

如此，燃烧室的进气通道被定义成五路。如此，可以根据上述燃烧室每路进气孔的改变，控制相应部位的进气量，以模拟出待测试燃烧室的燃烧状况。

由于环形燃烧室是轴对称结构，包括多个蒸发管。其中，包含1个蒸发管的一扇形结构，如图3所示，整个环形燃烧室就是多个这样扇形结构组成的，火焰筒的流场也可认为是这样一个结构的重复，因此，试验模拟结构仅研究其包含1个蒸发管的扇形结构。

进一步的，为了加工简单，把弧面的结构改成平面结构，弧面的火焰筒13变成平面结构了，这种结构的简化对燃烧室的体积有所扩大，但对流场结构没有重大影响，但对实验件的加工以及安装带来很大的好处。

由此，结合图5所示，本发明提供一种分气式环形燃烧室的模拟结构，主要包括火焰筒模拟盒2和分气板3。

其中，火焰筒模拟盒2被大致构造成矩形的盒状，其内部提供用于燃烧的空间，火焰筒模拟盒2设有延伸至燃烧空间内的蒸发管22和点火结构（图中未示出），火焰筒模拟盒2还设有与燃烧空间连通的排气口。

具体的，其燃烧空间被设置成与其上下端面连通，并在一侧面开设用于安装耐高温玻璃的观察窗口21，如此，有利于实验中观察火焰燃烧状态，判断火焰燃烧的稳定性。

进一步的，分别被设置在火焰筒模拟盒2相对两侧的分气板3，位于图示上方的为第一分气板，位于图示下方的为第二分气板，分气板3内设有隔板分隔出分气室31，分气室31与燃烧空间连通，用于在燃烧空间内形成燃烧区131和掺混区132。其中，分气板3在对应分气室31的位置处开设有通气孔32。

进一步的，五个供气管道用于对火焰筒模拟盒2内的燃烧空间供气；其中，第一供气管道41和第三供气管道44分别连接到第一分气板的两个分气室31；第二供气管道42和第四供气管道43分别连接到第二分气板的两个分气室31，第五供气管道连接到所述蒸发管设有的供气接口。

如此，能模拟出燃烧区131外环进气（第一路进气通道102）、燃烧区131内环进气（第二路进气通道103）、掺混区132外环进气（第三路进气通道104）、掺混区132内环进气（第四路进气通道105）以及蒸发管14进气（第五路进气通道106）形成五路进气，五路进气将空气引入火焰筒13内。

在可选的实施例中，供气管道可以被集成在分气板3上，如此，相互贴合的零件少，提高密封性和组装便捷性。

优选的，还包括两个供气板4，位于图示上方的是第一供气板，位于图示下方的是第二供气板，第一供气管道41和第三供气管道44固定到第一供气板上，第一供气板被相贴合的设置在第一分气板端面上；如此，第一供气管道41和第三供气管道44能模拟出燃烧区131外环进气和掺混区132外环进气。

第二供气管道42、第四供气管道43和第五供气管道45被固定到第二供气板上，第二供气板被相贴合的设置在第二分气板端面上，如此，能模拟出燃烧区131内环进气、掺混区132内环进气和蒸发管14进气。

优选的，火焰筒模拟盒2内的燃烧空间与分气室31、供气管道密封连接，可以确保在试验中能准确的控制每一路的进气量。

为了增加模拟结构的密封性，结合图6所示，火焰筒模拟盒2、分气板3和供气板4两两叠合形成堆叠结构，还包括用于将堆叠结构压合的固定结构，固定结构上设有压合部件，使火焰筒模拟盒2、分气板3和供气板4两两贴合紧密。

在可选的实施例中，固定结构被设置成截面为“[”型的固定板5，分布于堆叠结构的两侧，包括两个带有螺栓孔511的限位部51以及连接两限位部的连接部，螺栓能穿过螺栓孔511在堆叠结构堆叠方向对供气板加压。

如此，火焰筒模拟盒2、分气板3和供气板4堆叠后，使用螺栓穿过螺栓孔511拧紧，使螺栓压紧供气板4，使火焰筒模拟盒2、分气板3和供气板4两两贴合紧密。

进一步的，固定板5侧面还设有侧螺栓孔512，用于从侧面将堆叠结构压紧。

优选的，火焰筒模拟盒2、分气板3和供气板4采用钢板加工而成，这样各个零件之间都是平面配合，有利于在两个平面之间涂抹高温密封胶进行密封，而且具有足够的强度，受热时不易变形。

在实验中，如果采用不同的射流孔设计进行模拟实验，可以很方便的更换分气板3。

进一步的，在火焰筒模拟盒2带有观察窗口21的一侧，固定板5设有对应的开口521，用于安装第二层耐高温玻璃，更进一步的，在固定板5外壁上还设有一个玻璃安装部52，其上开设有平行于厚度方向的螺孔，玻璃安装部52内侧形成玻璃的放置空间522，再在开口521外侧放置一块厚的耐高温玻璃，形成三层耐高温玻璃的保护。

结合图7所示，整个分气式环形燃烧室的模拟结构按照图示箭头的方向使用螺栓压合，以提高整体的密封性。

[分气式环形燃烧室的测试平台]

结合图8所示，本发明提供另一种技术方案，一种分气式环形燃烧室的测试平台，主要包括分气式环形燃烧室的模拟结构、油路系统、点火系统、气路系统和自动控制及采集系统。

进一步的，结合图9所示，其中，在上述方案所述的分气式环形燃烧室的模拟结构中，其燃烧空间的排气口处设有用于检测排气温度的温度探头17，并将所获取的模拟温度信号转变成数字信号传输给数据采集卡。油路系统包括油泵以及连接到蒸发管22的输油管道，用于向蒸发管22内供油。点火系统，包括气体燃料供给装置以及点火器。气路系统，包括气源以及六路可调流量气路。自动控制及采集系统，用于采集气路的流量信号、油路的流量信号、燃烧室出口的温度信号，并响应于所采集信号控制气路、油路的流量大小、气体燃料供给装置以及点火器开关。

如此，系统控制油路、气路、以及点火系统的工作以及调节，此外，还测量油路中的燃油流量、各路空气的气流流量、燃烧室出口温度这些数据，通过运算得到燃烧效率，最后将所有数据保存。通过构建如此的分气式燃烧室系统，实现燃烧室空气流量分配的控制、测量与数据采集、存贮，为这种五路进气的燃烧室的进气孔设计提供数据支撑。

其中，结合图10所示，气路系统中的五路可调流量气路分别连接到五个供气管道，第六可调流量气路排到大气。

在可选的实施例中，气源采用罗茨风机，气源的气流分成六路，其中五路气流进入燃烧室因为气源流量为不可调，在使用小流量时，要将多余的空气流量排出，则剩下的一路排大气。进入燃烧室的气流通过可调节流阀实现流量调节，并且通过计算机进行控制，各路设置流量测量，通过计算机采集数据并实时计算各路的流量。

进一步的，可调流量气路包括输气管道以及安装在管道上的可调节流阀、流量测量元件，其中，可调节流阀用于调节输气管道内流量大小，流量测量元件用于获得输气管道内流量参数。

在可选的实施例中，可调节流阀包括位于输气管道61内的节流孔和堵锥62，堵锥62被设置成由线性驱动部件所驱动，能沿输气管道轴线方向与节流孔之间产生位移，以控制流量大小。

其中，可调节流阀还可以采用其他能改变管道内流通量大小的阀门，如闸阀、流量阀等。

进一步的，在上述实施例中，线性驱动部件包括步进电机64和丝杠结构63，丝杆上的滑块与堵锥62固定连接，步进电机64的输出端连接在丝杠的转轴上，以使滑块被可控的驱动。

具体的，结合图11所示，气流从左边进入可调节流阀，通过节流阀后向上流走，如图中箭头所示。在图中右边是节流阀的控制部分，采用步进电机加丝杠的控制方式，丝杠带动节流阀中的堵锥实现水平移动，实现流量调节。其中，堵锥62是一个锥形体结构，通过堵锥62的移动，锥形体和节流孔形成一个面积可调的气流通道。当堵锥62运动到右边位置时，节流孔处通道面积最大，通过的气流流量最大，当堵锥运动到最左边时，堵锥将结论孔完全堵死，气流流量为零。其中，节流孔的大小设计根据通过的气流流量和气流压力进行设计。

如此，节流阀的控制通过步进电机64的运动，当堵锥62运动到气流全部关闭时，在丝杠上设置限位开关，此时停止步进电机64继续使堵锥62向左运动，防止造成结构破坏。堵锥62的位置可通过步进电机64精确控制，实现微量调节。

结合图12所示，流量测量元件包括测量管道71以及流量探头，测量管道包括沿流体流动方向依次分布的稳压段72和测量段73，稳压段72的直径大于测量段73的直径，流量探头被设置在测量段73。如此，使气流进入测量段之前让气流均匀稳定，所测试的数据更加准确。

在可选的实施例中，流量探头包括压力探头74、热线风速仪75和温度探头76，分别用于测量气流压力、速度和温度。测量出气流的压力、速度和温度这些参数。

进一步的，测量测量段73的横截面积，通过计算机采集、计算，得到气流流量。测量之前先通过精准流量计对管道中的流量测量，修正由于传感器的安装所造成的通道面积变化造成的误差，以保证测量精度。

结合图13所示，燃油从油箱被吸出，通过油滤、油泵、油滤测量系统，到达喷油嘴进入燃烧室。

在可选的实施例中，油泵包括闭环式步进电机及其输出端的齿轮泵。

进一步的，齿轮泵的流量选择从齿轮旋转速度考虑，范围选择在转速从每秒1转到十几转这个范围，这个转速齿轮泵供油量对于燃烧室来说，流量是比较大的，因此齿轮泵是在较低转速范围内工作。由于小齿轮高转速的齿轮泵，在燃烧过程中燃烧室内的压力有一定的扰动，导致喷油嘴出口压力不稳定，造成供油量波动，使油量测量不准确。优选的，采用大齿轮低转速的油泵，可以抵御压力扰动，而泵的转速通过闭环步进电机可以精确的控制。

进一步的，由于微型涡喷发动机耗油量较低，特别在发动机低转速下，而且实验台燃烧室采用了部分燃烧室的结构，因此耗油量更低，测量这样低的油量，一般电子仪表很难有测量范围合适的，即使有价格也十分昂贵。结合图14所示，输油管道上设有油量测量装置，油量测量装置包括安装于油路中的节流阀81，以及与节流阀并联的压差传感器82。

本实施例中采用压差测量，如图14所示，在燃油管路中安装一个精确节流阀81，节流阀81在管路中起到节流作用，这样在节流阀上游811和下游812形成一个压差，这个压差值和通过节流阀81的流量是正比关系，因此测量压差值，就可以换算出流量值，其中，压差传感器82的右侧为高压端813，左侧为低压端814。

如此，调节节流阀81可以调节压差值和流量之间的关系，节流阀81关闭的越小，通过节流阀81的流量越小，压差越大。因此可以将节流阀81调节到一个合适的范围，使压差值的变化范围和流量的测量范围匹配。

结合图9所示，点火器18通过继电器与点火电源连接，继电器由自动控制及采集系统所控制。

优选的，气体燃料供给装置包括气体燃料源和电磁阀，其中，气体燃料源为丙烷气。

本实施例中，实验台燃烧室的点火采用先气体燃料点火预热燃烧室，因为蒸发管式燃烧室需要蒸发管22受热后燃油易于蒸发，才能成功点燃燃油。气体燃料源优选为丙烷气，点燃丙烷气需要的点火能量不是很高，采用热式点火器点火。丙烷气通过电磁阀接通或断开，点火器通过继电器接通，这样可实现计算机控制。

结合图15所示，本实施例中，实验台采用计算机控制以及数据自动采集并通过计算机处理。采用Labview作为上位机软件，各路信号通过数据采集卡将信号传给计算机。其中模拟信号通过信号转换器转换成标准电压信号传给数据采集卡。实验台需要处理的信号共有两类信号，由计算机输出进行控制的各处部件动作的控制信号，以及由各处传感器采集进入计算机的各类数据信号。

其中，控制信号包括：

1）气路中各路可调节流阀的步进电机，通过数据采集卡输出脉冲信号，控制步进电机运动步数。

2）点火电路中的继电器，点火时接通电压，点火器工作进行点火。

3）控制丙烷气的电磁阀，点火时打开电磁阀，输入丙烷气，然后点燃丙烷气预热燃烧室。

4）油泵中的步进电机控制，用于给定燃油量。

数据采集卡通过数据信号转换器接受各处测量信号，因为数据采集卡只能接受标准的电压信号，对一些传感器传输的信号要通过信号转换器转换成数据采集卡能识别的标准信号。采集信号包括：

1）燃烧室出口温度探头，测量燃烧室出口温度，用于计算燃烧效率。

2）气路中各路流量测量信号，包括温度、速度、压力，用于计算各路流量。

3）油路中油量测量的压差信号，用于油量测量。

具体的，结合图9所示，工作台工作过程：

1）接通电源：包括气源电源，点火电源，两处步进电机的电源，电磁阀电源，继电器电源，以及各传感器电源。

2）调节各路气路流量，达到点火状态流量。

3）接通点火器电源，点火器通道加热。

4）点火器加热到点火温度，打开丙烷气电磁阀，通入丙烷气，丙烷气和空气混合后被点燃，燃烧一段时间，预热燃烧室。

5）打开油泵步进电机，通入燃油，燃油点燃后，关闭点火器和丙烷气。

6）调节各路气流流量和燃油流量，记录各种数据，进行实验。

7）实验结束后，关闭燃油油泵。气流冷却燃烧室，待燃烧室温度降低后，关闭气源，关闭所有电源，工作完毕。

[分气式环形燃烧室的模拟测试方法]

本发明提供另一种技术方案，一种分气式环形燃烧室的测试方法，使用上述方案中的分气式环形燃烧室的测试平台，包括以下步骤：

步骤S1、将各路气路流量调节到打火状态的流量;

步骤S2、使用点火器加热到点火温度，通入气体燃料使其被点燃预热燃烧室;

步骤S3、向燃烧室内喷入燃油，燃油被点燃后，关闭点火器，停止供给气体燃料；

步骤S4、使燃油流量固定为某一定值，改变空气流量进行测试；

步骤S5、采集并记录各路气路流量、总供气量、供油量、入口平均温度、出口平均温度、余气系数和燃烧效率，并观察燃烧室中燃烧火焰状况；

步骤S6、测试结束后，停止供油，持续供气使气流冷却燃烧室，待燃烧室温度降低后，关闭气源以及所有电源，实验结束。

测试实验中通过调节6路堵锥可灵活控制进入燃烧室各部位的空气流量以及总的进气量，即可以模拟出不同燃烧室的余气系数，再通过5路分气形成的燃烧室流量分配可以形成很多种分配方案，用于模拟出不同燃烧室的每一路的进气量。

结合以上结论，测试平台针对性的将燃烧室的进气定义为五路，并以此设计出燃烧室模型，通过改变总气量和油量确定一个新的余气系数，再改变五路气流流量，模拟出被设计的燃烧室进气气路，可快速的获得实验结果，并在结果不符合目标需求时，快速的进行调整，以降低试验成本和研发周期。

本发明不仅对微小型燃烧室、小型喷气发动机的研究提供支持，同时，随着大型航空发动机燃烧系统越来越趋于小型化（如PW1100G），本研究的成果同样可以应用于至大型航空发动机燃烧系统的小型化研究。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种分气式环形燃烧室的模拟结构，其特征在于，包括：

火焰筒模拟盒，内部形成燃烧空间，所述火焰筒模拟盒设有延伸至燃烧空间内的蒸发管和点火结构，所述火焰筒模拟盒还设有与燃烧空间连通的排气口以及与蒸发管连通的供气接口；

分别被设置在火焰筒模拟盒相对两侧的第一分气板和第二分气板，所述第一分气板设通过隔板分隔出的第一分气室和第三分气室，第二分气板设通过隔板分隔出的第二分气室和第四分气室，所述蒸发管内形成第五分气室，所述第一分气室、第二分气室与燃烧空间连通用于在燃烧空间内形成燃烧区，所述第三分气室、第四分气室与燃烧空间连通用于在燃烧空间内形成掺混区；

五个供气管道，用于对火焰筒模拟盒内的燃烧空间供气；

其中，第一供气管道连接到第一分气板的第一分气室；第二供气管道连接到第二分气板的第二分气室，第三供气管道连接到第一分气板的第三分气室，第四供气管道连接到第二分气板的第四分气室，第五供气管道连接到所述供气接口，所述燃烧空间与供气管道密封连接。

2.根据权利要求1所述的分气式环形燃烧室的模拟结构，其特征在于，还包括第一供气板和第二供气板，第一和第三供气管道固定到所述第一供气板上，所述第一供气板被相贴合的设置在所述第一分气板端面上；第二、第四和第五供气管道被固定到第二供气板上，所述第二供气板被相贴合的设置在所述第二分气板端面上。

3.根据权利要求2所述的分气式环形燃烧室的模拟结构，其特征在于，所述火焰筒模拟盒的侧壁开设有用于安装耐高温玻璃的观察窗口。

4.根据权利要求3所述的分气式环形燃烧室的模拟结构，其特征在于，所述第一供气板、第一分气板、火焰筒模拟盒、第二分气板和第二供气板两两叠合形成堆叠结构，还包括用于将所述堆叠结构压合的固定结构，所述固定结构上设有压合部件，使火焰筒模拟盒、分气板和供气板两两贴合紧密。

5.根据权利要求4所述的分气式环形燃烧室的模拟结构，其特征在于，所述固定结构被设置成截面为“[”型的固定板，分布于堆叠结构的两侧，包括两个带有螺栓孔的限位部以及连接两限位部的连接部，螺栓能穿过所述螺栓孔在堆叠结构堆叠方向对供气板加压。

6.一种分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，包括：

权利要求1或2所述的分气式环形燃烧室的模拟结构，所述排气口处设有用于检测排气温度的温度探头；

油路系统，包括油泵以及连接到蒸发管的输油管道，用于向所述蒸发管内供油；

点火系统，包括气体燃料供给装置以及点火器；

气路系统，包括气源以及六路可调流量气路；

自动控制及采集系统，用于采集气路的流量信号、油路的流量信号、燃烧室出口的温度信号，并响应于所采集信号控制气路、油路的流量大小、气体燃料供给装置以及点火器开关；

其中，所述气路系统中的五路可调流量气路分别连接到五个供气管道，第六可调流量气路排到大气。

7.根据权利要求6所述的分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，所述可调流量气路包括输气管道以及安装在管道上的可调节流阀、流量测量元件，所述可调节流阀用于调节输气管道内流量大小，所述流量测量元件用于获得输气管道内流量参数。

8.根据权利要求7所述的分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，所述可调节流阀包括位于输气管道内的节流孔和堵锥，所述堵锥被设置成由线性驱动部件所驱动，能沿输气管道轴线方向与节流孔之间产生位移，以控制流量大小。

9.根据权利要求8所述的分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，所述线性驱动部件包括步进电机和丝杠结构，所述丝杠上的滑块与所述堵锥固定连接，所述步进电机的输出端连接在所述丝杠的转轴上，以使所述滑块被可控的驱动。

10.根据权利要求9所述的分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，所述流量测量元件包括测量管道以及流量探头，所述测量管道包括沿流体流动方向依次分布的稳压段和测量段，所述稳压段的直径大于所述测量段的直径，所述流量探头被设置在测量段。

11.根据权利要求10所述的分气式环形燃烧室的测试平台，其特征在于，所述输油管道上设有油量测量装置，所述油量测量装置包括安装于油路中的节流阀，以及与所述节流阀并联的压差传感器。

12.一种分气式环形燃烧室的测试方法，其特征在于，使用权利要求6所述的分气式环形燃烧室的测试平台，包括以下步骤：

步骤S1、将各路气路流量调节到打火状态的流量;

步骤S2、使用点火器加热到点火温度，通入气体燃料使其被点燃预热燃烧室;

步骤S3、向燃烧室内喷入燃油，燃油被点燃后，关闭点火器，停止供给气体燃料；

步骤S4、使燃油流量固定为某一定值，改变空气流量进行测试；

步骤S5、采集并记录各路气路流量、总供气量、供油量、入口平均温度、出口平均温度、余气系数和燃烧效率，并观察燃烧室中燃烧火焰状况；

步骤S6、测试结束后，停止供油，持续供气使气流冷却燃烧室，待燃烧室温度降低后，关闭气源以及所有电源，实验结束。

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